一、微載體培養(yǎng)應(yīng)用 此技術(shù)于1967年被用于動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)。經(jīng)過三十余年的發(fā)展，該技術(shù)目前已漸日趨完善和成熟，并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)疫苗、基因工程產(chǎn)品等。微載體培養(yǎng)是目前*的最有發(fā)展前途的一種動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)，其兼具懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)的優(yōu)點，放大容易。目前微載體培養(yǎng)廣泛用于培養(yǎng)各種類型細胞，生產(chǎn)疫苗、蛋白質(zhì)產(chǎn)品，如293細胞、成肌細胞、Vero細胞、CHO細胞。

使用較多的反應(yīng)器有兩種：貝朗公司的BIOSTAT?B反應(yīng)器，使用雙槳葉無氣泡通氣攪拌系統(tǒng)；NBS公司的CelliGen、CelliGen PlusTM和Bioflo3000反應(yīng)器，使用Cell-lift雙篩網(wǎng)攪拌系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)都能實現(xiàn)培養(yǎng)細胞和收獲產(chǎn)物的有效分離。

二、微載體 是指直徑在60-250μm，能適用于貼壁細胞生長的微珠。一般是由天然葡聚糖或者各種合成的聚合物組成。自Van Wezel用DEAE-Sephadex A 50 研制的第一種微載體問世以來，國際市場上出售的微載體商品的類型已經(jīng)達十幾種以上，包括液體微載體、大孔明膠微載體、聚苯乙烯微載體、PHEMA微載體、甲殼質(zhì)微載體、聚氨酯泡沫微載體、藻酸鹽凝膠微載體以及磁性微載體等。常用商品化微載體有三種：Cytodex1、2、3，Cytopore和Cytoline。

微載體的大小：增大單位體積內(nèi)表面積（S/F）對細胞的生長非常有利。使微載體直徑盡可能小，最好控制在100-200μm之間。

微載體的密度：一般為1.03-1.05g/cm2，隨著細胞的貼附及生長，密度可逐漸增大。

微載體的表面電荷：據(jù)研究，控制細胞貼壁的基本因素是電荷密度而不是電荷性質(zhì)。若電荷密度太低，細胞貼附不充分，但電荷密度過大，反而會產(chǎn)生“毒性"效應(yīng)。

三、微載體培養(yǎng)原理與操作

1、原理：其原理是將對細胞無害的顆粒-微載體加入到培養(yǎng)容器的培養(yǎng)液中，作為載體，使細胞在微載體表面附著生長，同時通過持續(xù)攪動使微載體始終保持懸浮狀態(tài)。

貼壁依賴性細胞在微載體表面上的增殖，要經(jīng)歷黏附貼壁、生長和擴展成單層三個階段。細胞只有貼附在固體基質(zhì)表面才能增殖，故細胞在微載體表面的貼附是進一步鋪展和生長的關(guān)鍵。黏附主要是靠靜電引力和范德華力。細胞能否在微載體表面黏附，主要取決于細胞與微載體的接觸概率和相融性。

2、攪拌轉(zhuǎn)速：由于動物細胞無細胞壁，對剪切力敏感，因而無法靠提高攪拌轉(zhuǎn)速來增加接觸概率。通常的操作方式是：在貼壁期采用低攪拌轉(zhuǎn)速，時攪時停；數(shù)小時后，待細胞附著于微載體表面時，維持設(shè)定的低轉(zhuǎn)速，進入培養(yǎng)階段。微載體培養(yǎng)的攪拌非常慢，最大速度75r/min。

3、細胞與微載體的相融性，是與微載體表面理化性質(zhì)有關(guān)。一般細胞在進入生理PH值時，表面帶負電荷。若微載體帶正電荷，則利用靜電引力可加快細胞貼壁速度。若微載體帶負電荷，因靜電斥力使細胞難于黏附貼壁，但培養(yǎng)液中溶有或微載體表面吸附著二價陽離子作為媒介時，則帶負電荷的細胞也能貼附。

4、細胞在微載體表面的生長 影響細胞在微載體表面生長的因素很多，主要有三個方面。

在細胞方面，如細胞群體、狀態(tài)和類型。

在微載體方面，如微載體表面狀態(tài)、吸附的大分子和離子；微載體表面光滑時細胞擴展快，表面多孔則擴展慢。

在培養(yǎng)環(huán)境中，如培養(yǎng)基組成、溫度、pH、DC以及代謝廢物等均明顯影響細胞在微載體上的生長。如果所處條件*，則細胞生長快；反之生長速度慢。

5、微載體培養(yǎng)操作要點

培養(yǎng)初期：保證培養(yǎng)基與微球體處于穩(wěn)定的PH與溫度水平，接種細胞（對數(shù)生長期，而非穩(wěn)定期）至終體積1/3的培養(yǎng)液中，以增加細胞與微載體接觸的機會。不同的微載體所用濃度及接種細胞密度是不同的。常使用2-3g/L的微載體含量，更高的微載體濃度需要控制環(huán)境或經(jīng)常換液。

貼壁階段（3-8d）后，緩慢加入培養(yǎng)液至工作體積，并且增加攪拌速度保證*均質(zhì)混合。

培養(yǎng)維持期：進行細胞計數(shù)（胞核計數(shù)）、葡萄糖測定及細胞形態(tài)鏡檢。隨意細胞增殖，微球變得越來越重，需增加攪拌速率。經(jīng)過3d左右，培養(yǎng)液開始呈酸性，需換液：停止攪拌，讓微珠沉淀5min，棄掉適宜體積的培養(yǎng)液，緩慢加入新鮮培養(yǎng)液（37℃），重新開始攪拌。

收獲細胞：首先排干培養(yǎng)液，至少用緩沖液漂洗1遍，然后加入相應(yīng)的酶，快速攪拌（75-125r/min）20-30min。然后解離收集細胞及其產(chǎn)品。

微載體培養(yǎng)的放大：可以通過增加微載體的含量或培養(yǎng)體積進行放大。使用異倍體或原代細胞培養(yǎng)生產(chǎn)疫苗、干擾素，已被放大至4000L以上。 四、微載體大規(guī)模細胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器系統(tǒng) 此技術(shù)大規(guī)模培養(yǎng)，細胞擴增的效率受到諸多因素的影響和限制，其中主要的限制性因素包括：細胞對剪切力的敏感性、氧的傳遞以及傳代和擴大培養(yǎng)等。而研制的各種類型生物反應(yīng)器系統(tǒng)則可針對上述限制性因素，為微載體細胞培養(yǎng)與擴增提供低剪切力、高氧傳遞效率、易于細胞傳代等適宜的外部環(huán)境。已較多使用的微載體培養(yǎng)系統(tǒng)生物反應(yīng)器，可以實行計算機控制操作，培養(yǎng)攪拌速度及懸浮均勻程度、溫度變化、PH穩(wěn)定及溶氧供應(yīng)（O2 、N2 、CO2、空氣四種純化氣體按比例調(diào)節(jié)）、罐壓、培養(yǎng)體積和通氣量等參數(shù)全部由電腦自動控制。因此，應(yīng)用生物反應(yīng)器系統(tǒng)進行微載體細胞大規(guī)模擴增具有明顯優(yōu)勢，目前國外相繼研制了數(shù)種適合進行微載體大規(guī)模細胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器系統(tǒng)，如攪拌式生物反應(yīng)器系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)式生物反應(yīng)器系統(tǒng)以及灌注式生物反應(yīng)器系統(tǒng)等。

1、攪拌式生物反應(yīng)器系統(tǒng) 攪拌式生物反應(yīng)器系統(tǒng)在微載體細胞大規(guī)模擴增研究領(lǐng)域已有較長的研究歷史，但因該細胞培養(yǎng)系統(tǒng)容易產(chǎn)生過大的剪切力，從而限制了其應(yīng)用范圍。盡管如此，由于該系統(tǒng)具有簡單、實用及價格低廉等特點，國內(nèi)外仍有不少應(yīng)用該系統(tǒng)成功進行細胞大規(guī)模擴增的研究報道。例如，Werner A（2000年）成功地在該系統(tǒng)內(nèi)進行了肝細胞大規(guī)模擴增的研究。

2、灌注式生物反應(yīng)器系統(tǒng) 灌流培養(yǎng)是目前研究熱點之一。它的特點是不斷地加入新鮮培養(yǎng)基以及不斷地抽走含細胞代謝廢物的消耗培養(yǎng)基，使細胞得以在一個相對穩(wěn)定的生長環(huán)境內(nèi)增殖，即省時省力，又減少了細胞發(fā)生污染的機會，且可以提高細胞密度10倍以上。

3、旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器 近年來，旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器系統(tǒng)（RCCS）已經(jīng)成為應(yīng)用微載體技術(shù)進行細胞大規(guī)模擴增的一種較常用細胞培養(yǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于美國航空航天局為模擬空間微重力效應(yīng)而設(shè)計的一種生物反應(yīng)器。RCCS既可以用于微載體大規(guī)模細胞培養(yǎng)，又能在其內(nèi)培育細胞與支架形成的三維空間復(fù)合體。至今，近百種組織細胞均在該系統(tǒng)內(nèi)成功進行了大規(guī)模擴增。

五、微載體培養(yǎng)優(yōu)點

表面積/體積（S/V）大，因此單位體積培養(yǎng)液的細胞產(chǎn)率高；

把懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)融合在一起，兼有兩者的優(yōu)點；

可用簡單的顯微鏡觀察細胞在微珠表面的生長情況；

簡化了細胞生長各種環(huán)境因素的檢測和控制，重現(xiàn)性好；

培養(yǎng)基利用率較高；

放大容易；

細胞收獲過程不復(fù)雜；

勞動強度小；

培養(yǎng)系統(tǒng)占地面積和空間小。

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